工装夹具提升生产力

寂静回声

“在单件和小批量零件的生产加工中，选用合适的零件装夹技术非常重要。”Mass铣削技术公司的负责人Stefan Mass说道，他正是依靠正确的零件装夹技术逐渐提高了企业的生产能力。

利用工件零点装夹系统可以在一分钟内完成重复定位精度小于0.005 毫米的零件装夹。按照每次能够节约20 分钟的零件装夹时间、每天更换零件两次计算，一年可以节省约13,000 欧元的生产成本。
仅仅是夹住零件还不能让Stefan Mass满意。“时至今日，零件的装夹紧固技术还有许多潜力可以挖掘。” Stefan Mass肯定地说道，他不断找寻需要采取改进措施和具有优化改进潜力的地方。十年前，他凭借仅有的一台铣床开始了创业，而现在，Mass铣削技术公司（以下简称：Mass公司）已经是有着32名职工的企业了。
但Stefan Mass从不满足现状，他和切削加工工艺过程优化的著名企业Qmax Plus工具工程公司的Martin Schultheis一直保持着密切联系，多次解决了铣削加工过程中的相关问题——包括Mass公司的问题和代表客户开发的铣削工艺流程问题。他们在铣削程序上花费了大量的时间，多次修改调整刀具、夹具的定位装夹，直到实现最佳生产效率。
常规铣削夹具与Vero-S铣削专用夹具的比较
最好的例子是3台配备了一体化装夹解决方案的5轴联动铣削中心，Martin Schultheis在这5轴联动铣削中心成功地为客户开发了提高生产力的铣削工艺技术方案。Stefan Mass在操作使用这一机床时配用的是Schunk公司开发设计的Vero-S零点装夹模块。“我们一直想在单件加工过程中使用工件零点装夹技术，现在终于实现了。”Martin Schultheis说道。与传统的铣削夹具相比，工件零点装夹模块有着明显的优点。此外，Maas公司5轴联动铣床的瓶颈问题已被DMG Mori公司研发生产的DMU 50 ecoline所解决。对Stefan Maas先生来讲，这是一个非常明确的信号：当需要投资新的5轴联动铣削中心时将只会考虑零点装夹系统和一致性的装夹技术解决方案。情况对比是非常明显的——除DMU 50铣削中心以外，Hermle C30-U型和Hermle C42-U型铣削加工中心也都配有Schunk公司的工件零点装夹系统，有着大量的装夹模块附件，从而满足了绝大多数用户的零件装夹要求。“零点装夹系统可以装夹的零件小到一个小拇指大小，大到直径500毫米。这也就是说：我们要为所有零件提供快速装夹，要让我们的客户都能够更快速做出反应。如果每次装夹都要利用平口钳进行六点定位，就太费时间了，用户是不会为这样的装夹技术方案买单的。”Stefan Maas先生说道。
Vero-S NSE plus 138工件零点装夹技术解决方案的核心要素是：整个夹具体有着统一的200毫米尺寸。这就保证了不同大小的夹具可以轻松地在机床之间调换。“不需要拧紧一个个紧固螺栓，也无需寻找调整垫铁，更用不上扳手。所有的夹具都能非常精确、牢固地与机床连接成一个整体。每一次装夹始终都是一致的，不需要进行任何调整，而且工件装夹的稳定性也非常好。”Stefan Maas先生说道。
针对多工件装夹的高效锥形夹具
在Schunk公司的Vero-S夹具中，径向滑动的夹紧滑块控制着夹紧销的插入和自锁，并在弹簧力的作用下保持夹紧状态不变。这一模块化夹紧是通过较短的夹紧楔块的运动来实现工件定位和夹紧的，保证了定位夹紧的重复精度误差小于0.005毫米。借助于申请了专利保护的夹紧楔块的“快进”和“工进”运动，可以使各个夹紧销产生7,500N的插入力。使用增压功能后的最大插入力为25,000N。夹紧工件的夹持力为50,000N。由于Vero-S夹紧销具有特殊的几何形状，因此它能轻松完成稍有偏心的装夹模块安装、使用，且不会造成夹紧销的卡死。
为了提高装夹模块的使用寿命和工作可靠性，Vero-S装夹模块的所有功能性零件都采用了优质钢淬火工艺制造，保证了较好的耐磨性能。同时整个模块也是完全密封的，从而保证了不受铁屑、污垢和切削液的影响。

5轴联动设备专用强力Kontec KSX 夹具，夹紧力可以无级调节。
在积木式Vero-S夹紧模块1,000多种变型中，Maas公司使用的是“锥体式装夹模块”。“如果想在5轴联动铣削中心完成工件5面加工，原则上只能将工件装夹在机床工作台的中央。只要同时装夹两个工件，则总是有一面无法加工。”Stefan Maas先生解释道。Vero-S锥体式装夹模块恰恰弥补了这一不足：“我对这一装夹模块相对较好的敞开性和必要时可以将台虎钳旋转90°角非常满意。这样就既有了一套多用途的工件装夹系统，同时也能完成零件的多面加工。”这就能在无需操作者干预下实现多个零件的顺序加工了，同时也降低了工件装夹的时间，因为它能够实现四个零件的依次加工。“无论一次装夹的零件是四个相同的零件或者是四个相似的不同零件，我随时都可以利用这一楔块夹紧装置完成装夹和切削加工。”Stefan Maas解释道。而实现一次铣削多个工件的前提仅仅是在CAD/CAM系统中事先编制好加工程序、对加工程序的可靠性进行模拟检验。他还表示：“将来可以利用这一楔块装夹系统一次装夹四个完全不同的复杂工件、完成铣削加工。”
利用快换钳口装夹扁平工件
Vero-S楔块装夹系统还可以与钳口宽度160毫米和300毫米的KSC 125机用平口钳配套使用。高效的全能型零件装夹系统把高夹紧力、复杂的零件加工工序和较短的装夹时间等优点结合到一起。它只需相对较小的旋转力矩就能产生高达35kN的夹紧力，这就可以完全省略复杂的专用钳口。由于工件夹紧时受到的是夹紧力是由丝杠拉伸而产生的，因此装夹模块基体受到的弯矩和应力的增加都最小化了，这就提高了工件装夹的准确性和刚性。安装在预应力中心轴承中没有反转间隙的传动轴和特制的滑动楔块保证了± 0.015 毫米的重复精度。
Martin Schutheis认为KSC是最理想的铣削夹具：“KSC系列楔块夹具结构非常低矮、配有一次和二次装夹时通用性很高的快换系统。这就使它保证了很高的定位、夹紧精度。在Schunk积木式模块系统的保证下，可以夹持不同材质的零件、完成铣削加工任务。”
成功方案的标准化
对Stefan Maas工作中经常遇到的临时加急合同任务来讲，锥体式楔块夹具都能干脆利落地完成定位、装夹任务。例如Schunk公司KSC系列夹具可以在直接夹持长度尺寸达800毫米的零件进行加工。而圆柱形的或者扁平形的零件则可以利用积木式Schunk装夹系统中的弹簧套筒夹头或者高精度定心卡盘来装夹，完成五面铣削加工。“我们是典型的单件生产，这对机床夹具提出了很高的灵活性要求。” Stefan Maas强调道，他和Martin Schultheis认为：“在许多企业中零件装夹技术有着非常重要的意义和潜力。未来机械加工的成功取决于三大要素：CAD/CAM数字控制程序，刀具、工具的标准化和装夹技术的标准化。而目前装夹技术的标准化还有着巨大的潜力可以挖掘。”
“我们有市场上最先进的5轴联动加工中心、容量最大的刀具库、标准化的刀夹具，同时也有Schunk公司开发的工件零点夹具系统和锥体式装夹模块，因此我们能保证多次装夹的高重复精度、充分利用机床的加工空间，使效益最大化。事实上，大部分企业都能在一年时间内或者更短时间收回这些夹具的投资。”Martin Schultheis总结道。